CN101526427A

CN101526427A - 列车手持式舒适度和平稳性测试仪

Info

Publication number: CN101526427A
Application number: CN200910059077A
Authority: CN
Inventors: 张兵; 伍川辉; 宁静; 苏燕辰; 林建辉; 陈建政; 陈春俊
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2009-09-09

Abstract

本发明公开了一种列车手持式舒适度和平稳性测试仪，该测试仪采用双CPU的工作模式，即DSP结合MCU的工作模式，DSP进行数据处理，而MCU则进行逻辑控制，由滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、程序存储模块等组成。其中滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块分别与MCU的通用IO接口相连接；程序存储模块与DSP通用IO接口相连接；MCU与DSP通过RAM模块进行数据传输。该测试仪是在列车运行的状态下，用来检测列车舒适度和平稳性指标的专用仪器，同时记录与之相关的列车信息。

Description

列车手持式舒适度和平稳性测试仪

技术领域

本发明涉及列车电气检测领域，具体涉及一种列车手持式舒适度、平稳性测试仪。

背景技术

铁路是交通运输的大动脉，对国民经济的发展起着十分重要的作用。高速铁路的发展是铁路旅客运输业的一场技术革命，代表着铁路客运的发展方向。自1997年至今已经进行了六次大规模提速，特别是2008年4月18日的第六次大提速，我国高速列车正式投入运行，有效地缓解了铁路运量与运能的矛盾，收到了十分显著的社会经济效益。随着列车运行速度的提高，列车车辆运行品质也逐渐成为了人们关注的焦点。衡量列车车辆运行品质的主要技术参数是运行舒适度、平稳性指标。列车车辆运行舒适度、平稳性测试仪主要测量列车车辆振动所产生的垂向、横向和纵向的振动加速度。目前国内采用的评定标准是UIC 513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和《GB5595-85标准》，准则给出舒适度、平稳性的测试条件、基本算法以及判断基准。

对列车进行舒适度和平稳性检测，传统的方法是利用计算机在线采集大量的列车车辆振动所产生的垂向、横向和纵向的振动加速度，根据舒适度和平稳性的基本算法，进行在线或离线计算，得出结果。利用这种方法，无论是采用在线还是离线的形式，都离不开利用个人计算机进行最后的数字计算，这种状况已不能满足现代高速铁路要求检测方便，检测设备小型化、智能化的要求。同时，由于列车的舒适度和平稳性指标与列车的运行速度由密切的关系，传统计算方法没有将列车的瞬时运行速度与计算得到的舒适度和平稳性指标结合起来，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术上的不足，提供一种列车手持式舒适度和平稳性测试仪，该测试仪具有便携式、数据存储、实时记录列车运行速度、实时计算舒适度和平稳性指标等优点。

本发明的技术方案是：一种列车手持式舒适度和平稳性测试仪，该测试仪采用双CPU的工作模式，即DSP结合MCU的工作模式，DSP进行数据处理，MCU进行逻辑控制，将系统小型化、智能化；测试仪由三向振动加速度传感器、滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、DSP、程序存储模块等组成；滤波和采样电路采集三向振动加速度传感器的列车垂向/横向/纵向振动加速度并滤波；且滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、程序存储模块分别与MCU的IO接口相连；程序存储模块与DSP通用IO接口相连接。

所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，MCU与DSP通过RAM模块进行数据传输，实时记录列车速度、位置与舒适度和平稳性。

所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，列车车体原始振动加速度信号的大量存储，与配套软件一起可以建立、查询列车舒适度与平稳性的趋势。

所述三向振动加速度传感器采用压电式3向加速度传感器。

所述滤波和采样电路中的3路信号的滤波器是相互独立的。

所述的GPS可以实时获得列车速度信息。

该测试仪使用内铅电池，充电一次可连续测量48小时以上。

该测试仪采用双CPU的工作模式实现，DSP进行数据处理，MCU进行逻辑控制，由滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、DSP计算模块、程序存储模块等组成，可独立于个人计算机实现舒适度和平稳性指标的计算；该测试仪内置大容量非易失存储器，最多可以保存200小时原始加速度数据和计算结果，停电后数据可保存10年，查询方便，并带有通讯接口，并配有相应的处理软件，实现与计算机的通讯，上传历史数据存档备查。仪器使用内铅电池，充电一次可连续测量48小时以上，电池用完后，用随机所附的智能充电器仅需3小时即可充满，满足无电源现场测试的要求；同时该测试仪内置GPS模块，能够实时获得列车的运行速度与位置信息，由此可获得列车舒适度和平稳性指标是在什么速度、什么位置等情况下得到的。

所述滤波和采样电路、显示模块、时钟模块、键盘模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块分别与MCU通用IO接口相连接；

所述程序存储模块与DSP通用IO接口相连接；MCU与DSP通过RAM模块进行数据传输。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征在于：所述的键盘共16个按键：上、下、左、右、确定、取消、数字0-9。，

按照本发明所提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪，其特征在于所述的加速度传感器采用压电式3向加速度传感器，其响应频率在200Hz以内，测量范围为±1.7g，输出电压信号为0~5V。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪，其特征在于所述的滤波电路采用40Hz低通滤波器，而且3路信号的滤波器是相互独立的，测试仪对数字电源与地和模拟电源与地相互进行了隔离。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪，其特征在于显示器是具有中文字符的128×64液晶显示器，采用低功耗设计，在30s内如果没有任何操作，显示将自动关闭背光，进入睡眠状态。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪，其特征在于通讯接口采用USB、RS485、CAN(二进制，±15kV ESD保护)或RS232(三线制，±2kVESD保护)接口，并配有相应的处理软件，实现与计算机的通讯，上传历史数据存档备查。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征在于：内置大容量非易失存储器，最多可以保存200小时原始加速度数据和计算结果，停电后数据可保存10年。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征在于：仪器使用内铅电池，充电一次可连续测量48小时以上，电池用完后，用随机所附的智能充电器仅需3小时即可充满，满足无电源现场测试的要求。

按照本发明所提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征在于：内置GPS模块，能够实时获得列车速度信息，由此可获得列车舒适度和平稳性指标是在什么速度、什么位置等情况下得到的。

附图说明

图1是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的正视图；

图2是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的左视图；

图3是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的硬件结构框图；

图4是本发明提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪的DS1307与C8051F021电路连接图图；

图5是本发明提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪的软件流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的正视图。如图中所示，列车手持式舒适度和平稳性测试仪的壳体上部设置有显示屏1，手持部的正面上设置有操作键盘2。

图2是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的左视图。

图3是本发明提供的列车手持式舒适度和平稳性测试仪的硬件结构框图。该测试仪采用双CPU的工作模式，DSP来进行数据处理，MCU进行逻辑控制，由三向振动加速度传感器、滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、DSP计算模块、程序存储模块等组成。其中滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块分别与MCU通用IO接口相连接；程序存储模块与DSP通用IO接口相连接；MCU与DSP通过RAM模块进行数据传输。

图4是本发明提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪的DS1307与C8051F021电路连接图；

图5是本发明提供的列车手持式舒适度、平稳性测试仪的DSP系统的软件流程图。如图所示：

1.测试舒适度和平稳性：打开测试仪外壳，可以看到测试面板上液晶显示器、键盘、电源开关、RS232通讯接口、充电接口、一个三向传感器和一个GPS外接天线以及一本使用说明书。将传感器和GPS天线取出来按照使用说明书的说明，安装在测试仪上正确位置，然后闭合电源开关，在液晶显示器上就会显示出登录界面，输入正确的用户名和密码后，则进入主界面，利用按键可以进行各种操作。

2.显示和键盘操作：主界面共有参数设置、历史数据查询、数据采集以及数据通讯等四个操作界面；利用键盘16个按键中上、下、确定等键就可以进入相应的操作菜单。

3.参数设置界面：该界面共有3个选项：加速度参数、时间参数、用户参数。通过上、下键可以在三项之间切换，确定按键进入相应的参数设置。取消键为退出该显示界面按键，并返回上一层界面。

4.历史数据查询界面：在主界面中选历史数据查询选项时，将进入历史数据查询界面，首先需要输入查看历史数据的时间即年月日时分秒，系统会将离该时间点最近的历史数据显示在界面上，如果系统还没有历史数据，则显示系统无数据，请退出。在显示历史数据时，通过上、下键可以切换该时间点上、下次测量值，而且可以循环查询。

5.数据采集界面：该界面是实时采集分析界面，显示当前时间、列车速度、位置以及舒适度和平稳性。

6.数据通讯界面：该界面是与计算机接口界面，利用软件可以实现参数设置、用户名与密码设置、数据传输与清除等功能。

3、软件操作：测试仪配有相应的软件操作。

用户名与密码设置：利用专用软件可以设置仪表的登录用户与密码。

传感器参数设置：该操作包括三向传感器的灵敏度以及零点设置，各项是单独设置的。

时间设置：该操作是设置测试仪的系统时间。

数据读取：该操作是将测试仪的数据读出来。可以读出所有数据，也可以读出某时间点的数据。

清除数据：该操作将清除测试仪中的数据，要求密码正确。

数据分析：该操作将对测试仪的数据进行分析，如加速度的比较图形、频谱分析等。

在被测车上，将加速度传感器固定在国标要求的位置上，GPS天线放窗边，将二者的接头分别接在测试仪的外壳上相应的位置，打开电源，仪器经过初始化后进入操作界面，利用按键可以选择不同的测试功能。在试验过程中车体三向加速度信号通过抗混叠滤波器后进入A/D采样电路，MCU通过I/O主线进行数模的转换，同时MCU采集GPS数据，得到当前列车的位置与速度信号，MCU将加速度与GPS数据保存到RAM模块，通知控制DSP进行计算，同时将上一次计算结果读出进行显示、保存、传输。试验完后，利用专用的接线连接测试仪与计算机，通过分析软件可以将测试仪记录的结果与原始的加速度与GPS信号读出，在计算机的数据库中进行保存、分析、查询，同时可以对同一车的数据进行趋势分析，分析列车车体振动随时间或速度的变化过程，判断列车车体性能状态。

与已有技术相比，这种新颖的便携式的舒适度和平稳性测试仪，既能实时计算列车的舒适度与平稳性，同时还能保存原始加速度信号，而且结合GPS的位置与速度信息，可以确定各种数据是在什么速度、位置、时间等工况下得到的，为列车的性能状态分析提供更准确的信息，利用专用软件还能实现数据的分析、查询、趋势比较。手持式舒适度和平稳性测试仪克服传统的舒适度平稳性测试需要依靠计算机的缺点，具有操作简单、携带方便等特点。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创造性的劳动就能作出的各种变形或修改仍属本的保护范围。

Claims

1.一种列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征在于：该测试仪采用双CPU的工作模式，即DSP结合MCU的工作模式，DSP进行数据处理，MCU进行逻辑控制，将系统小型化、智能化；测试仪由三向振动加速度传感器、滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、DSP、程序存储模块等组成；滤波和采样电路采集三向振动加速度传感器的列车垂向/横向/纵向振动加速度并进行滤波；且滤波和采样电路、显示模块、键盘模块、时钟模块、GPS模块、RAM模块、数据存储模块、USB模块、程序存储模块分别与MCU的IO接口相连；程序存储模块与DSP通用IO接口相连接。

2.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是MCU与DSP通过RAM模块进行数据传输，实时记录列车速度、位置与舒适度和平稳性。

3.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是列车车体原始振动加速度信号的大量存储，与配套软件一起可以建立、查询列车舒适度与平稳性的趋势。

4.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是所述三向振动加速度传感器采用压电式三向振动加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是所述滤波和采样电路中的三路信号的滤波器是相互独立的。

6.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是GPS可以实时获得列车速度信息。

7.根据权利要求1所述的列车手持式舒适度和平稳性测试仪，其特征是该测试仪使用内铅电池，充电一次可连续测量48小时以上。